Upload
trancong
View
229
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
Literatura
D. P. Agrawal, Q.-A. Zeng, Introduction to Wireless and Mobile Systems, 2e, Thomson, 2006
W. Stallings, Wireless Communications and Networks, 2e, Pearson Prentice Hall, 2005
M. Ilyas, I. Mahgoub (eds.), Mobile Computing Handbook, Auerbach 2005
Motywacje
Barcelona
Warszawa
Podtrzymywanie bezprzewodowego poł>czenia telefonicznego miCdzy
urz>dzeniami mobilnymi poruszajacymi siC w obszarze geograficznym
Technologie bezprzewodowe
Sieci komórkowe
Systemy satelitarne, GPS
Sieci ad hoc (doraane) i sieci sensorowe
Bezprzewodowe WPAN (wireless personal area networks):
- 802.15.4, 802.15.1 Bluetooh
Bezprzewodowe WLAN (wireless local area networks):
- 802.11
- 802.11b (WiFi)
- 802.11g
- 802.11a HiperLAN
Bezprzewodowe WMAN (wireless metropolitan area networks):
-802.16
The History of Mobile Radio Communication (1/3)
1880: Hertz – Initial demonstration of practical radio communication
1897: Marconi – Radio transmission to a tugboat over an 18 mi path
1921: Detroit Police Department: -- Police car radio dispatch (2 MHz frequency band)
1933: FCC (Federal Communications Commission) – Authorized four channels in the 30 to 40 MHz range
1938: FCC – Ruled for regular service
1946: Bell Telephone Laboratories – 152 MHz (Simplex)
1956: FCC – 450 MHz (Simplex)
1959: Bell Telephone Laboratories – Suggested 32 MHz band for high capacity mobile radio communication
1964: FCC – 152 MHz (Full Duplex)
1964: Bell Telephone Laboratories – Active research at 800 MHz
1969: FCC – 450 MHz (Full Duplex)
1974: FCC – 40 MHz bandwidth allocation in the 800 to 900 MHz range
1981: FCC – Release of cellular land mobile phone service in the 40 MHz bandwidth in the 800 to 900 MHz range for commercial operation
The History of Mobile Radio Communication (2/3)
1981: AT&T and RCC (Radio Common Carrier) reach an agreement to
split 40 MHz spectrum into two 20 MHz bands. Band A belongs to
nonwireline operators (RCC), and Band B belongs to wireline
operators (telephone companies). Each market has two operators.
1982: AT&T is divested, and seven RBOCs (Regional Bell Operating
Companies) are formed to manage the cellular operations
1982: MFJ (Modified Final Judgment) is issued by the government DOJ.
All the operators were prohibited to (1) operate long-distance
business, (2) provide information services, and (3) do
manufacturing business
1983: Ameritech system in operation in Chicago
1984: Most RBOC markets in operation
1986: FCC allocates 5 MHz in extended band
1987: FCC makes lottery on the small MSA and all RSA licenses
1988: TDMA (Time Division Multiple Access) voted as a digital cellular
standard in North America
1992: GSM (Groupe Speciale Mobile) operable in Germany D2 system
The History of Mobile Radio Communication (3/3)
1993: CDMA (Code Division Multiple Access) voted as another digital cellular standard in North America
1994: American TDMA operable in Seattle, Washington
1994: PDC (Personal Digital Cellular) operable in Tokyo, Japan
1994: Two of six broadband PCS (Personal Communication Service) license bands in auction
1995: CDMA operable in Hong Kong
1996: US Congress passes Telecommunication Reform Act Bill
1996: The auction money for six broadband PCS licensed bands (120 MHz) almost reaches 20 billion US dollars
1997: Broadband CDMA considered as one of the third generation mobile communication technologies for UMTS (Universal Mobile Telecommunication Systems) during the UMTS workshop conference held in Korea
1999: ITU (International Telecommunication Union) decides the next generation mobile communication systems
(e.g., W-CDMA, cdma2000, etc)
Generacje telefonii komórkowej (1)
Generacja I (1G) - systemy oparte na technice analogowej,- Wwiadcz> głównie zwykłe rozmowy telefoniczne- funkcjonuj> na czCstotliwoWci rzCdu 450MHz,
Generacja II (2G) - systemy oparte na technice cyfrowej,- funkcjonuj> na czCstotliwoWci rzCdu 900MHz, - w ramach systemu GSM dostCpne s> miCdzy innymi usługi takie,
jak: poczta głosowa, przeniesienie poł>czenia, blokowanie poł>czeM, oczekiwanie na poł>czenie, zawieszenie poł>czenia, poł>czenie konferencyjne, identyfikacja rozmówcy, biling (szczegółowy rachunek), mocliwoWć przesyłania danych komputerowych i faksów, przesyłanie wiadomoWci tekstowych, w 1997 r. poprawiono funkcjonalnoWć sieci - dodano dwie szybsze technologie transmisji danych: HSCSD (High Speed Circuit Swiched Data) do 115kb/s i GPRS (General Packed Radio Service) do 170kb/s;
Generacje telefonii komórkowej (2)
Generacja III (3G) - systemy cyfrowe, zapewniaj> korzystanie z bardzo ducego zakresu usług, w tym multimedialnych w skali wykraczaj>cej poza mocliwoWci systemów drugiej generacji (GSM) oraz zdolnoWć do poł>czenia mocliwoWci korzystania z komponentów naziemnych i satelitarnych o globalnym zasiCgu, umocliwia integracjC wszystkich systemów radiokomunikacyjnych, zaprojektowany pod k>tem jak najwiCkszej wydajnoWci w transmitowaniu danych (384Kb/s - 2Mb/s).
Generacja IV (2010 ?)Od pewnego okresu trwaj> badania nad now> technologi> - 4G.
Komercyjny debiut tej sieci jest przewidywany na rok 2010. Definicja 4G przyjCta przez MiCdzynarodow> UniCTelekomunikacyjn> ITU mówi, ce pobieranie danych w takich sieciach powinno odbywać siC z prCdkoWci> 1Gb/s w sytuacji gdy telefon jest nieruchomy oraz około 100Mb/s podczas szybkiego przemieszczanie siC abonenta.
First Generation Cellular Systems and Services
1970s Developments of radio and computer technologies for 800/900
MHz mobile communications
1976 WARC (World Administrative Radio Conference) allocates
spectrum for cellular radio
1979 NTT (Nippon Telephone & Telegraph) introduces the first
cellular system in Japan
1981 NMT (Nordic Mobile Telephone) 900 system introduced by
Ericsson Radio System AB and deployed in Scandinavia
1984 AMPS (Advanced Mobile Phone Service) introduced by AT&T
in North America
Second Generation Cellular Systems and Services
1982 CEPT (Conference Europeenne des Post et Telecommunications) established GSM
to define future Pan-European Cellular Radio Standards
1990 Interim Standard IS-54 (USDC) adopted by TIA (Telecommunications Industry
Association)
1990 Interim Standard IS-19B (NAMPS) adopted by TIA
1991 Japanese PDC (Personal Digital Cellular) system standardized by the MPT
(Ministry of Posts and Telecommunications)
1992 Phase I GSM system is operational
1993 Interim Standard IS-95 (CDMA) adopted by TIA
1994 Interim Standard IS-136 adopted by TIA
1995 PCS Licenses issued in North America
1996 Phase II GSM operational
1997 North American PCS deploys GSM, IS-54, IS-95
1999 IS-54: North America
IS-95: North America, Hong Kong, Israel, Japan, China, etc
GSM: 110 countries
Third Generation Cellular Systems and Services (1/2)
IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000):
- Fulfill one's dream of anywhere, anytime communications a reality.
Key Features of IMT-2000 include:
- High degree of commonality of design worldwide;
- Compatibility of services within IMT-2000 and with the fixed networks;
- High quality;
- Small terminal for worldwide use;
- Worldwide roaming capability;
- Capability for multimedia applications, and a wide range of services
and terminals.
Third Generation Cellular Systems and Services (2/2)
Important Component of IMT-2000 is ability to provide high bearer rate capabilities:
- 2 Mbps for fixed environment;
- 384 Kbps for indoor/outdoor and pedestrian environments;
- 144 kbps for vehicular environment.
Standardization Work:
- Release 1999 specifications
- In processing
Scheduled Service:
- Started in October 2001 in Japan (W-CDMA)
Wzrost liczby abonentów
Abonenci 3G
Abonenci 2G cyfrowa
Abonenci 1G analogowa
abo
nen
ci
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
rok
Aspekt pokrycia w mobilnych
komunikacyjnych systemach 3 generacji
Picocell Microcell Macrocell Global
miasto
podmiejski
globalne
Satelita
W budynku
PrCdkoWci transmisji
Broadband radio
Glo
bal
Sy
stem
fo
r M
ob
ile
Co
mm
un
icat
ion
s
0.01 0.1 1 10 100
PrCdkoWci transmisji jako funkcja mobilnoWci w niektórych systemach o dostCpie
radiowym
Mo
bil
inoWć
Universal Mobile
Telecommunications
System
Mobile Broadband System
Broadband Satellite Multimedia
Local Multipoint Distribution System
Satellite Universal Mobile
Telecommunications
System
Stacjonarna
Piesi
Samochodowa
SzybkoWć danych (Mb/s)
np. zastosowania medyczne
bezprzewodowa odległoWciowa
konsultacja
Sieć szkieletowa
ATM
Sieć szkieletowa
ATM
MocliwoWci konsultacji na odległoWć
Przeł>cznik ATM
Przeł>cznik ATMLekarz w
szpitalu
oddalona
Baza danych
Ambulans
np. zastosowanie w ruchu drogowym
ad h
ocUMTS, WLAN,
GSM,
cdma2000,
Personal Travel Assistant,
PDA, laptop,
GSM, UMTS, WLAN,
Bluetooth, ...
Sieci komórkowe
PojedyMcza komórka sieci ze stacjami mobilnymi (MS) oraz
stacj> bazow> (BS)
BS
MS
komórka
Powierzchnia
szeWciok>tnej
komórki ucywana w
wiCkszoWci modeli
Idealna
powierzchnia
komórki
(promieM 2-10
km)
Alternatywny
kształt komórki
MS
PojedyMcza komórka
W kacdej komórce wielu ucytkowników jest obsługiwanych przez pojedyMcz> BS
Jeceli zamierza siC powiCkszyć obszar komórki to dodatkowe BS-y s> umieszczane w tych obszarach
ograniczony zakres czCstotliwoWci jest przydzielony do obsługi komórki
beby zwiCkszyć efektywnoWć systemu pewne techniki multipleksowania s> ucywane
Multipleksowanie
PojemnoWć medium transmisyjnego
przekracza zwykle pojemnoWć wymagan> Multipleksowanie – przenoszenie wielu
sygnałów w pojedyMczym medium
Bardziej efektywne ucycie medium
transmisyjnego
Techniki multipleksowania
FDMA (Frequency Division Multiple Access)
TDMA (Time Division Multiple Access)
CDMA (Code Division Multiple Access)
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Nowa technika SDMA (Space Division Multiple
Access) jest równiec aktualnie testowana z ucyciem anten mikrofalowych
FDMA (Frequency Division Multiple Access)(multipleksowanie z podziałem czCstotliwoWci)
- w systemach 1G
Pasmo czCstotliwoWci jest dzielone na podpasma nazywane kanałami
PojedyMczy kanał jest przydzielany przez BS do uzytkownika
Przydział kanału w FDMA
czCstotliwoWć 1 ucytkownik 1
czCstotliwoWć 2 ucytkownik 2
czCstotliwoWć n ucytkownik n
Stacja bazowa
…
Urz>dzenia
mobilne
TDMA (Time Division Multiple Access)
(multipleksowanie z podziałem czasu)
– w wiCkszoWci systemów 2G
ucy
tkow
nik
1
ucy
tkow
nik
2
ucy
tkow
nik
n
…
czas
czCstotliwoWć
TDMA
Czas dzielony jest na ramki o stałej długoWci
Kacda ramka składa siC ze stałej liczby sczelin czasowych
Dla danego poł>czenia BS przydziela jedn> szczelinC czasow> – tC sam> w kolejnych ramkach
Ilustracja ramki TDMA dla wielu
ucytkowników
czas 1
czas 2
czas n……
Stacja bazowa
ucytkownik 1
ucytkownik 2
ucytkownik n
…
Urz>dzenia
mobilne
CDMA (Code Division Multiple Access)
(multipleksowanie z podziałem kodu)
– niektóre 2G, wiCkszoWć 3G
ucy
tkow
1
czas
czCstotliwoWć
ucy
tkow
2
ucy
tkow
n
kod
...
Transmitowane i odbierane sygnały w
systemie CDMA
Bity informacji
Kod na wyjWciu
transmisji
Sygnał transmitowany
Odebrany sygnał
kod wchodz>cy
do odbiornika
odkodowany sygnałW odbiorniku
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Pojawiła siC niedawno – pozwala na równoległ> transmisjC danych z ucyciem wielu kanałów
Ucywa technik transmisji wielonoWnikowych, aby efektywnie redukować odbicia sygnałów radiowych w terenie
Techniki oparte na kombinacji FDMA, TDMA i CDMA
Istnieje szereg technik bCd>cych wariantami i kombinacjami znanych juc technik
Jedn> z nich jest tzw. frequency hopping – technika oparta na przeskokach czCstotliwoWci (kombinacja FDMA i TDMA):
- pojedyMczy ucytkownik wykorzystuje jeden kanał przez okreWlony czas, a nastCpnie zmienia kanał na inny
- kacdy ucytkownik ma okreWlon> własn> sekwencjC zmian kanałów
- ta technika oryginalnie była opracowana dla wojska w zwi>zku z problem, aby skutecznie przesyłać informacjC jeceli nieprzyjaciel zagłusza okreWlony zakres czCstotliwoWci
Przeskoki czCstotliwoWci:
kombinacja FDMA i TDMA
czCstotliwoWć
f5
f4
f3
f2
f1
ramka Szcze-
lina
czas
Ewolucja infrastruktura systemów
komórkowych
BS
Strefa usługi
Wczesne systemy bezprzewodowe: DuĪa strefa
Domowy
telefonPSTN
MSC
BSC …
BS
…
…
MS
…
BS MS
BSC
BS MS
…
BS MS
BSC
BS MS
…
BS MS
BSC
BS MS
…
BS MS
MSC
MS (mobile station), BS (base station), BSC (BSController),MSC (mobile switch center), and PSTN (public switched
telephone network)
BS składa siC z odbiornika bazy (BTS) oraz kontrolera BS (BSC)
Wieca i antena s> czCWciami BS, podczas gdy pozostały sprzCt nalecy do BSC
HLR (home location register) oraz VLR (visitor location register) to dwa zbiory wskaaników, które zapewniaj> mobilnoWć i ucywanie tego samego numeru na całym Wwiecie
HLR jest ulokowany w MSC, w którym urz>dzenie mobilne jest zarejestrowane i gdzie informacja o pocz>tkowym jego połoceniu oraz o bilingu jest przechowywana
VLR zawiera informacje o wszystkich MS odwiedzaj>cych obszar danego MSC
Do obsługi kacdego komórkowego (mobilnego) urz>dzenia potrzebne s> 4 kanały zapewniaj>ce wymianC danych lub synchronizacjC miCdzy BS i MS
- 2 kanały kontrolne: wymiana danych dotycz>cych uwierzytelnienia, danych o abonencie, ..
- 2 kanały informacyjne do celów transmisji danych
Kanały kontrolne i informacyjne
Stacja bazowa
(BS)
kanał k
ontrolny prze
kazywan
ia (fo
rward
)
Urz>dzenie
mobilne (MS)
kanał k
ontrolny prze
kazywan
ia odwro
tnego (r
evers
e)
kanał p
rzekaz
ywanie
inform
acji
kanał p
rzekaz
ywania
odwrotneg
o info
rmac
ji
Kroki kanału kontrolnego poprzedzaj>ce rozpoczCcie
pracy kanału informacyjnego miCdzy MS a BS
(handshake steps)
BS MS
1. Potrzeba utworzenia poł>czenia
2. Przypisanie czCstotliwoWci/szczeliny/kodu
(FDMA/TDMA/CDMA)
3. Informacja konytrolna potwierdzaj>ca
4. Start komunikacji na przypisanym kanale
Kroki kanału kontrolnego poprzedzaj>ce rozpoczCcie pracy
kanału informacyjnego miCdzy BS a MS (handshake steps)
BS MS
2. Gotowy do utworzenia poł>czenia
3. Ucyj czCstotliwoWć/szczelinC czasow>/kod
(FDMA/TDMA/CDMA)
4. Gotowy do komunikacji
5. Start komunikacji na przypisanym kanale
1. Info do MS # o rozpoczCciu procedury
Uproszczony bezprzewodowy system
komunikacyjny
Informacja do
transmisji
(głos/dane)
kodowanie modulator nadajnik
Informacja
otrzymana
(głos/dane)
dekodowanie demodulator odbiornik
Antena
AntenanoWnik
noWnik
Systemy satelitarne
Tradycyjne zastosowania
Satelity do prognozowania pogody
Transmisje radiowe i TV
satelity militarne
Zastosowania telekomunikacyjne
Globalne poł>czenia telefoniczne
szkielet sieci globalnej
GPS
Sieci ad hoc
Składaj> siC z urz>dzeMmobilnych wyposaconych w karty do komunikacji bezprzewodowej (w jednym okreWlonym
standardzie)
Kacde urz>dzenie potrafi „rozmawiać” z kacdym znajduj>cym siC w jego radiowym „polu widzenia”
Komunikacja typu multi hop
WCzeł A komunikuje siCz wCzłem M
W tym celu wykorzystuje
wCzły poWrednicz>ce,
E, H, L
Zastosowanie sieci ad hoc wprzemyWle motoryzacyjnym
Ostrzecenie przed niebezpieczeMstwem
Firma BMW pracuje nad projektem
inteligentnego auta wykorzystuj>cego
m.in. sieci ad hoc.
Zastosowanie sieci ad hoc w samochodach
umocliwia wymianC informacji pomiCdzy
samochodami. Przykładowo mog> to byćostrzecenia o zagroceniach, korkach itp.
Zastosowania sieci ad hoc
Akcje ratunkowe
Konferencje
Operacje militarne
Private Area Networks, projekt
cybernetycznego domu – brak kabli,
samokonfigurowalne,
wymiana dokumentów i gier,
„sterowanie mikserem”
Wacniejsze technologie sieci bezprzewodowych
IEEE 802.11, 30m
HiperLAN, 30m
Sieci ad hoc, >500m
Sieci sensorowe, 2m
Home RF, 30m
Ricochet, 30m
Sieci Bluetooh, 10m
Peer-to-peer poł>czenia
Lotniska, sprzCt AGD
Pole walki, zagrocenia
Fabryki chemiczne, nuklearne
Domy
Lotniska, biura
biura
2
Sygna= elektromagnetyczny
Jest funkcj> czasu
Moce być równiec wyracony jako funkcja
czCstotliwoWci
Sygnał składa siC ze składowych o róznych
czCstotliwoWciach
3
Koncepcja sygnału
sygna= analogowy – intensywnoVć sygna=u zmienia się w sposób =agodny w czasie
Brak przerw czy nieciąg=oVci w sygnale
sygna= cyfrowy – podtrzymywana jest intensywnoVćsygna=u na sta=ym poziomie przez pewien okres czasu anastępnie zmienia się on do innego sta=ego poziomu
sygnał periodyczny – sygnał analogowy lub cyfrowy, którego obraz powtarza siC periodycznie (cyklicznie) w czasie
s(t +T ) = s(t ) -∞< t < +∞gdzie T jest okresem sygnału
sygnał aperiodyczny – sygnał analogowy lub cyfrowy, którego obraz nie powtarza siC w czasie
5
Koncepcja sygnału (cd.)
amplituda (A)
maksymalna wartoVć lub si=a sygna=u w czasie
Zwykle mierzona w voltach
częstotliwoVc (f )
Liczba powtórze? (cykli) sygna=u w ciągu
jednej sekundy; jednostką częstotliwoVci jest
herc (Hz) odpowiadający jednemu powtórzeniu
sygna=u w ciagu 1 sekundy
6
Koncepcje sygnału (cd.)
Okres (T)
wielkoWć czasu jak> zajmuje jedno powtórzeniesygnału
T = 1/f
Faza (φ) - miara wzglCdnej pozycji w czasiewewn>trz pojedyMczego okresu sygnału
DługoWć fali (λ) - odległoWć zajmowanaprzez pojedyMczy cykl sygnału Np: PrCdkoWć Wwiatła v = 3x108 m/s. To
długoWć fali λf = v (lub λ = vT).
7
Parametery fali sinusoidalnej
Ogólna fala sinusoidalna
s(t ) = A sin(2πft + φ)
uwaga: 2π radianów = 360° = 1 okres
Rys 2.3 pokazuje efekt zmian kacdego z trzech
parametrów
(a) A = 1, f = 1 Hz, φ = 0; tak wiCc T = 1s
(b) zredukowana amplituda; A=0.5
(c) zwiCkszona czCstotliwoWc; f = 2, tak wiCc T = ½
(d) przesuniCcie fazowe; φ = π/4 radiany (45 stopni)
9
Koncepcje zwi>zane z
czCstotliwoWci> Sygnał elektromagnetyczny moce składać
siC z wielu czCstotliwoWci.
przykład:
s(t) = (4/π)(sin(2πft) + (1/3)sin(2π(3f)t))
Rys. 2.4(a) + Fig. 2.4(b) = Fig. 2.4(c)
Widoczne s> dwie składowe czCstotliwoWci: f i 3f.
Na podstawie analizy Fouriera, kacdy sygnałutworzony jest ze składowych o rócnych czCstotliwoWciach,
wszystkie składowe s> falami sinusoidalnymi o rócnych amplitudach, czCstotliwoWciach i fazach.
11
Koncepcje zwi>zane z
czCstotliwoWci> (cd.)
Spektrum – zakres częstotliwoVci które zawierasygna= na Rys. 2.4(c), spektrum rozciaga się z f do 3f.
Absolutne pasmo - szerokoVć spektrum sygna=u na Rys. 2.4(c), wynosi ono 3f – f = 2f.
Efektywne pasmo lub pasmo –
sygnał moce zawierać wiele czCstotliwoWci.
Ale wiCkszoWc energii moce być skoncentrowana naw>skiej grupie czCstotliowoWci.
Te czCstotliwoWci s> efektywnym pasmem.
12
czCstotliwoWc podstawowa –
gdy wszystkie składowe czCstotliwoWci sygnału s>całkowitoliczbowymi wielokrotnoWciami jednej
czCstotliwosci, to nazywana jest ona czCstotliwoWci>podstawow>
(przykład wczesniejszy) f oraz 3f î czCst. Podst. = f
okres całego sygnału jest równy okresowi
czCstotliwoWci podstawowej.
Patrz, Rys. 2.4 znowu!
13
Dane a sygna=y Sygna=y - elektryczna lub
elektromagnetyczna reprezentacja danych
Dane – byty, które przenoszą znaczenia lub
informację Transmisja – przenoszenie danych przez
propagację i przetwarzanie sygna=ów
14
Aproksymacja funkcji kwadratowej przez sygnały dodanie czCstotliwoWci 5f do Rys. 2.4(c) î
Rys. 2.5(a)
dodanie czCstotliwoWci 7f do Rys. 2.4(c) îRys. 2.5(b)
dodanie wszystkich czCstotliwoWci 9f, 11f, 13f, ... î Rys. 2.5(c), funkcja kwadratowa
Ta funkcja kwadratowa posiada nieskoMczon>liczbC składowych czCstotliwoWci i w ten sposóbnieskoMczone pasmo.
16
PrCdkoWć danych a pasmo
przypadek I: (Rys. 2.5(a)) niech f = 106 cykli/sec = 1 MHz
Składowe czCstotliwoWci: 1f, 3f, 5f
Absolutne pasmo = 5f – 1f = 4f = 4 MHz
PrCdkoWć danych = 2 Mbps (1 bit na 0.5 us)
przypadek II: (Rys. 2.5(a)) niech f = 2x106 cykli/sec = 2 MHz
Składowe czCstotliwoWci: 1f, 3f, 5f
Absolutne pasmo = 10M – 2M = 8 MHz
PrCdkoWć danych = 4 Mbps (1 bit na 1/4 us)
17
przypadek III: (Rys. 2.4(c)) niech f = 2x106 cykli/sec = 2 MHz
czCstotliwoWci: 1f, 3f
Absolutne pasmo = 6M – 2M = 4 MHz
PrCdkoWć danych = 4 Mbps (1 bit na 1/4 us)
** porównaj absolutne pasmo i prCdkoWć danych w tych przykładach!
18
Kilka pojCć dotycz>cych
pojemnoWci kanału prCdkoWć danych - prCdkoWć z jak> dane mog> być
przesyłane (bps)
pasmo - pasmo transmitowanego sygnałuograniczone nadajnikiem oraz natur> of medium transmisyjnego (herc)
szum
PojemnoWć kanału – maksymalna prCdkoWć z jak>dane mog> być transmitowane poprzez dan> drogCkomunikacyjn>, lub kanał, przy zadanych warunkach
Stopa błCdów – prCdkoWć z jak> pojawiaj> siCbłCdy
19
Pasmo Nyquist’a
dla zadanej wielkoWci pasma B, najwywsza
prędkoVć transmisji danych jest równa 2B:
C = 2B
np: B=3100 Hz; C=6200 bps
Przy wielopoziomowym sygnale
C = 2B log2 M, gdzie M jest liczb> dyskretnych
poziomów sygnału lub napiCcia
20
Stosunek sygnał-szum
Jest to stosunek mocy sygna=u (signal power) do mocy zawartej w szumie (noise power), który jest obecny w jakimW konkretnym punkcie transmisji
Zwykle jest mierzony w odbiorniku
Stosunek sygnał-szum (signal-to-noise ratio (SNR, or S/N))
= 10 log10 SNR
(SNR)10 okreWla siC w decybelach (db)
Wysoka wartoWć SNR oznacza sygnał wysokiej jakoWci.
SNR ustanawia górn> granicC osi>galnej prCdkoWci danych.
power noise
power signallog10)( 10dB =SNR
21
Teoretyczna pojemnoWć kanału wg.
formuły Shannona
Maksymalna pojemnoWć kanału (bit./s):
uwaga: SNR nie w db.
W praktyce, tylko znacznie mniejsze prCdkoWci s> osi>gane
Formula zakłada istnienie białego szumu (szum termiczny)
Szum impulsowy nie jest brany pod uwagC
( )SNR1log2 += BC
22
Klasyfikacja mediów
Transmisyjnych
Medium transmisyjne
Fizyczna droga miCdzy nadajnikiem a odbiornikiem
Media przewodz>ce
Fale s> przewodzone wzdłuc medium trwałego
np., miedziana skrCtka pary przewodów, miedziany kabel współosiowy, Wwiatłowód
Media nieprzewodz>ce
zapewniaj> Wrodki transmisji ale nie przewodz>sygnałów elektromagnetycznych
Zwykle okreWla siC je jako media transmisji bezprzewodowej
np., atmosfera, przestrzeM kosmiczna
23
Ogólne zakresy czCstotliwoWci Zakres czCstotliwosci mikrofalowych
1 GHz do 40 GHz
Kierunkowe anteny mocliwe
Słuc> do transmisji na duc> odległoWć, poł>czenia typu punkt-punkt
Ucywane w komunikacji satelitarnej
Zakres czCstotliwoWci radiowych 30 MHz do 1 GHz
Słuc> w zastosowaniach wymagaj>cych anten dookólnych (omnidirectional)
Zakres czCstotliwoWci podczerwonych około, 3x1011 do 2x1014 Hz
Ucyteczne w zastosowaniach wymagaj>cych poł>czeM typu wielodostCpowy punkt-punkt wewn>trz zamkniCtych obszarów
PrCdkoWć, długoWć, czCstotliwoWćfali
PrCdkoWć Wwiatła=długoWć fali x czCstotliwoWć =
=3 x 108m/s =300 000 km/s
Propagacja fali przyziemnej (Ground Wave)
Rozprzestrzenia wzdłuc konturów powierzchni Ziemi
Moce być propagowana na znaczne odległoWci czCstotliwoWci ac do 2 MHz
Np.
AM radio
Propagacja fali jonosferycznej (sky wave)
Sygnał odbijany od zjonizowanego poziomu atmosfery do powierzchni Ziemi
Sygnał moce wykonać pewn> liczbC skoków, tam i z powrotem miCdzy jonosfer> i powierzchni> Ziemi
Efekt odbicia jest spowodowany załamaniem fali
Np.
Radio amatorskie
CB radio
Propagacja w linii widocznoWci (Line-of-Sight, LOS)
Antena nadaj>ca i antena odbiorcza musz> być w linii pola widzenia (dla fal powycej 30 MHz)
Załamanie
Fale mikrofalowe uginaj> siC lub załamuja w atmosferze
PrCdkoWć fali elektromagnetycznej jest funkcj> gCstoWci medium
Gdy fala zmienia medium, zmienia siC jej prCdkoWć Fale uginaj> sie lub załamuj> siC na granicy miCdzy jednym i
drugim medium
Mechanizmy propagacji odbicie
• Na propagacjC fali wpływaj> obiekty, które s> duce w porównaniu z długoWci> fali
- np. powierzchnia Ziemi, budynki, Wciany, itp. Załamanie
Na droge radiow> miCdzy nadajnikiem i odbiornikiem maj>wpływ kształty z ostrymi nieregularnymi krawCdziami
Fale uginaj> siC w poblicu przeszkód gdy tylko obok nich przechodz>
Rozproszenie Obiekty mniejsze nic długoWć fali
- np. liWcie, znaki drogowe, lampy
Propagacja w prócni
Moc sygnału otrzymanego w odlegloWci d:
gdzie Pt jest transmitowan> moc>, Ae jest efektywnym obszarem, a Gt jest zyskiem anteny
Anteny
Dookólna (Omnidirectional) Antena –niska wydajnoWć w bezprzewodowych sieciach ad hoc z powodu ograniczonych mocliwoWci wykorzystania przestrzeni.
Komunikacja dookólna
A B
C
D
E
F
G
H
Komunikacja kierunkowa
Antena kierunkowa – lepsze mocliwoWci wykorzystania przestrzeni. Ale wCzeł w dalszym ci>gu nie jest w stanie całkowiciewykorzystać “pasmoprzestrzenne”.
A B
C
DF
G
H
X
WCzły w strefie ciszy
E
Anteny wielokierunkowe OkreWlane równiec jako Multiple Beam Antenna Array
(MBAA) – wykorzystuje w pełni pasmo przestrzenne.
wCzeł moce inicjować wiCcej nic jedna jednoczesnychtransmisji (lub odbiorów).
DATA
DATA
DATA
A
B
C
D
E
F
G
DATADATA
DATA
Zysk anteny Jest miar> kierunkowoWci anteny; jest okreWlany przez moc wyjWciow> w
specyficznym kierunku porównywan> do mocy produkowanej we wszystkich kierunkach przez doskonał> antenC dookóln>
Dla kołowej reflektorowej anteny zysk G anteny:
= współczynnik efektywnoWci (zalecy od rozkładu pola elektrycznego, strat, itp., zwykle 0.55)
D=Wrednicatak wiCc, (c-prCdkoWć Wwiatła)
Przykład: Antena ze Wrednic> D=2 m, czCstotliwoWc f= 6 GHz, długoWć fali =0.05m,
G=39.4 db CzCstotliwoWć=14GHz, D=2, długoWć fali=0.021m, G=46.9 db
¬ Im wycsza czCstotliwoWć tym wycszy zysk dla anteny tego samego rozmiaru
Propagacja naziemna Moc otrzymanego sygnału:
gdzie Gr jest zyskiem anteny odbiornika,L jest strat> propagacji w kanale, tzn.
(szybkie tłumienie)(powolne tłumienie)(strat> drogi)
Strata mocy (path loss) w prócni
Jest to wielkoWć mocy utraconej w przestrzeni Definicja utraty mocy Lp:
Strata mocy w procni:
gdzie fc jest czCstotliwoWci> noWn>.Widać, ce im wiCksza fc tym wiCsza jest strata
mocy
Strata odległoWciowa (path loss) w prócni
Prosta formuła:
gdzieA i : stałe propagacjid: odległoWć miCdzy nadajnikiem i
odbiornikiem: ma wartoWc 3 ~ 4 w typowym miejskim obszarze
Strata odległoWciowa
Straty odległoWciowe w zmniejszaj>cym siC porz>dku:
Obszar miejski (duce miasto)
Obszar miejski (Wrednie i małe miasto)
Podmiejski obszar
Otwarty obszar
Powolne tłumienie
Jest spowodowane długoterminowymi przestrzennymi i czasowymi zmianami w odległoWciach miCdzy nadajnikiem i odbiornikiem, które powoduj> zmiany w Wrednim poziomie
Poziom otrzymywanego sygnału okreslany jest rozkładem log-normal z funkcj> rozkładu prawdopodobieMstwa
gdzie M jest faktycznym otrzymanym sygnałem na poziomie m w decybelach (db)(tzn. M=10log10m), -Wredni dla obszaru poziom sygnału, tzn. Wrednia z M okreWlona na dostatecznie długiej odległoWci, -standardowe odchylenie w decybelach
Szybkie tłumienie
Sygnał z nadajnika moce być odbity od takich obiektów jak wzgórza, budynki lub pojazdy
- gdy MS znajduje siC daleko od BS to rozkład otrzymanego sygnału
podlega rozkładowi Rayleigh
gdzie jest standardowym odchyleniem
Vrodkowa wartoWć sygnału wewn>trz przykładowego zakresu powinna spełniać warunek:
To odpowiada
Szybkie tłumienie (cd.)
Gdy MS jest daleko od BS to krzywa rozkładu otrzymywanego sygnału podlega rozkładowi Rician; jego funkcja rozkładu prawdopodobieMstwa:
gdzie:
- standardowe odchylenie
- funkcja Bessela zerowego rzCdu
PrzesuniCcie Dopplera Effekt Dopplera: gdy fala od nieruchomej BS i odbiornik MS poruszaj>
siC naprzeciwko siebie, to czCstotliwoWć otrzymywanego sygnału nie bCdzie taka sama jak u aródła
PrzesuniCcie Doplera w czCstotliwoWci Gdy oni poruszaj> siC naprzeciw to czCstotliwoWć otrzymywanego sygnału
bCdzie wiCksza nic u aródla Gdy oni oddalaj> siC to czCstotliwoWć siC zmniejsza
gdzie fc jest czCstotliwoWci> noWnika aródła,fd jest czCstotliwoWci> Doplera
PrzesuniCcie Doplera w czCstotliwoWci
gdzie v jest prCdkoWci> MS,
λ jest długoWci> fali noWnika
Rozpostarcie opóanienia
W czasie propagacji sygnału od nadajnika do odbiornika, sygnał odbija siC raz lub wiCcej
To powoduje, ce sygnał przychodzi rócnymi drogami
Kacda droga ma inn> długoWć, tak wiCc czas przybycia sygnału rócnymi drogami jest rócny
Ten efekt, który powoduje rozpostarcie sygnału nazywany jest „rozpostarciem opócnienia”
Rozpostarcie opóanienia
Rozpostarcie opóanienia wynosi około 3us w obszarze miejskim i do 10us w terenie pagórkowatym
Interferencja miCdzysymbolowa
Jest wynikiem wielotorowoWci sygnałów i spowodowanch tym opóanieM czasowych
Ma wpływ na stopC błCdów kanału (patrz, rysunek)
Drugi multipath sygnał jest opóaniony tak duco, ce jego czCWć moce być otrzymana w czasie interwału drugiego symbolu
aby mieć mał> bitow> stopC błCdu
R (prCdkoWć transmisji cyfrowej) jest ograniczona przez rozpostarcie opóanienia
Pasmo koherencji (spójnoWci) Pasmo koherencji Bc:- reprezentuje korelacjC miCdzy 2-ma zanikaj>cymi sygnałami o czCstotliwoWciach f1 i f2
- jest funkcj> rozprzestrzeniania opócnienia- dwie czCstotliwoWci, które s> wiCksze nic pasmo koherencji zanikaj> niezalecnie od siebie
- koncepcja ucyteczna dla dywersyfikacji odbioru: wiele kopii tej samej wiadomoWci jest wysyłanych przy uzyciu róznych czCstotliwoWci
-
MiCdzykanałowa interferencja
Komórki maj>ce t> sam> czCstotliwoWć interferuj>miCdzy sob>
rd jest chcianym sygnałem
ru jest interferuj>cym niechcianym sygnałem
jest współczynnikiem protekcji, takim ce
(takim, ce sygnały interferuj> najmniej)
Jeceli P jest prawdopodobieMstwem, ce
PrawdopodobieMstwo miCdzykanałowe
Pco = P
2
Spis treWci
Infrastruktura systemów komórkowych
Rejestracja
Przenoszenie poł>czenia
Roaming
Multicasting (multiemisja)
BezpieczeMstwo i prywatnoWć
3
Domowy
telefonPSTN
MSC
BSC …
BS
…
…
MS
…
BS MS
BSC
BS MS
…
BS MS
BSC
BS MS
…
BS MS
BSC
BS MS
…
BS MS
MSC
MS (mobile station), BS (base station), BSC (BSController),MSC (mobile switch center), and PSTN (public switched
telephone network)
5
VLR/HLR
VLR zawiera informacjC o wszystkich wizytuj>cych MS-ach w danym obszarze zarz>dzanym przez MSC
VLR posiada wskaaniki do HLR-ów wizytuj>cych MS-ów
VLR pomaga w rozliczeniach oraz pozwoleniach dostCpu wizytuj>cych MS-ów
7
Rejestracja System bezprzewodowy musi wiedzieć czy MS w danej chwili
znajduje sie w swoim domowym obszarze czy w jakimW innym obszarze (rutowanie przychodz>cych rozmów)
Jest to realizowane przez periodyczn> wymianC sygnałów miCdzy BS-ami i MS-ami nazywanych sygnałami znacznika(beacons)
BS periodycznie rozsyła sygnał znacznika (co 1 sek), aby odnajdywać i testować MS-y znajduj>ce siC wokół niej
Kacdy MS nasłuchuje sygnałów znacznika (boje sygnalowe); jeceli usłyszał sygnał znacznika, którego nie słyszał do tej pory to dodaje go do tablicy aktywnych znaczników sygnałowych
Ta informacja jest ucywana przez MS do odnajdywania najblicszej BS
Sygnał znacznika zawiera tak> informacjC jak: identyfikator sieci komórkowej, znacznik czasu, adres bramki, idendyfikator obszaru stronicowania, itp.
9
Kroki rejestracji MS nasłuchuje sygnałów znacznika czasowego; jeWli odbierze nowy znacznik to
MS dodaje go do tablicy aktywnych znaczników sygnałowych Jeceli MS zdecyduje, ce musi komunikować siC poprzez nowy BS to j>dro tablicy
inicjuje proces przeniesienia poł>czenia MS lokalizuje najblicszy BS poprzez
przetwarzanie poziomu ucytkownika Wizytowany BS wykonuje przetwarzanie poziomu ucytkownika i okreWla
Kim jest jest ucytkownik Jakie s> jego uprawnienia dostCpu Jaki jest jego domowy MSC, który prowadzi jego rozliczenia
Domowy MSC wysyła odpowiedni> odpowieda autoryzacji do biec>cego obsługuj>cego BS
BS zatwierdza/nie zatwierdza dostCp ucytkownika
10
Zastosowania i charakterystyki sygnałów znacznika czasowego
W USA te sygnały s> transmitowane przez system AMPS (Advanced Mobile Phone System) lub CDPD (Cellular Digital Packet Data) system
W Europie i Azji przez system drugiej generacji GSM
W zalecnoWci od aplikacji sygnały o rócnych czCstotliwoWciach s> ucywane
12
Przeniesienie poł>czenia
Jest to zmiana zasobów radiowych z danej komórki do przyległej
Przeniesienie poł>czenia zalecy od rozmiaru komórki, jej długoWci granic, siły sygnału, zanikania sygnału, odbicia, itp.
Przeniesienie poł>czenia moce byćinicjalizowane przez MS lub BS i moce nastapić z powodu Poł>czenia radiowego Zarz>dzania sieciowego Kwestii zwi>zanych z jakoWci> obsługi
13
Przeniesienie poł>czenia (cd.) Przeniesienie poł>czenia typu ł>cze radiowe jest spowodowane
mobilnoWci> MS-a. Zalecy ono od: Liczby MS-ów w komórce Liczby MS-ów, które właWnie opuWciły komórkC Liczby połaczeM generowanych w komórce Liczby poł>czeM tranferowanych z s>siednich komórek przez
przeniesienie poł>czenia Liczby i długoWci poł>czeM zakoMczonych w komórce Liczby poł>czeM, które były przeniesione do s>siednich komórek Liczby aktywnych połaczeM w komórce WielkoWci populacji w komórce Całkowitego czasu trwania poł>czenia w komórce Czasu pojawienia siC poł>czenia w komórce Itp.
14
Przeniesienie poł>czenia (cd.)
System zarz>dzania sieci> moce spowodowaćprzeniesienie poł>czenia jeceli pojawi siCdrastyczne niezbalansowanie obci>cenia w przyległych komórkach i wymagane jest optymalne zbalansowanie zasobów
Przeniesienie z powodu obsługi jest powodowane degradacj> jakoWci obsługi (QoS)
15
Wybór czasu przeniesienia poł>czenia
Czynnikami, które decyduj> o wyborze właWciwego czasu przeniesienia poł>czenia s>: Siła sygnału Faza sygnału Kombinacja siły i fazy sygnału Stopa błCdów bitów (BER-bit error rate)
OdlegloWć KoniecznoWć przeniesienia poł>czenia jest okreWlana
przez SiłC sygnału Stosunek sygnału noWnika do sygnału interferencji (CIR-
carrier to interference ratio)
17
Inicjalizacja przeniesienia poł>czenia (cd.)
Region X3-X4 jest regionem gdzie w zalecnoWci od innych czynników przeniesienie poł>czenia moce nast>pić
Jedna z mocliwoWci przeniesienia poł>czenia jest jego realizacja w X5, gdzie siły obu sygnałów s> równe
Jeceli MS porusza siC do tyłu i do przodu wokół X5, to wynikiem tego bCd> czCsto wykonywane przeniesienia połaczenia (efekt ping-ponga)
Dlatego pozwala siC MS-owi pracować z biec>cym BS tak długo jak siła sygnału nie znicy siC do progowej wartoWci E
Rócne systemy komórkowe posługuj> siC rócnymi procedurami przeniesienia poł>czenia
18
Typy przeniesienia poł>czenia
Twarde przeniesienie poł>czenia (break before make)
Zwolnienie biec>cych zasobów danego BS-a przed uzyskaniem zasobów z nastCpnego BS-a
FDMA, TDMA realizuj> takie przeniesienia
MiCkkie przeniesienie poł>czenia (make before break)
W CDMA, poniewac ten sam kanał jest ucywany nalecy zmienić kode przeniesienia połaczenia jeceli ten kod nie jest ortogonalny do kodu w nastCpnym BS
Dlatego, jest mozliwe aby MS komunikował siCjednoczeWnie z danym BS oraz z nowym BS
21
Roaming
Odbywa siC gdy MS przechodzi z komórki znajduj>cej sie w obszarze zarz>dzanym przez jeden MSC do komórki zarz>dzanej przez inny MSC
sygnały znaczników czasowych oraz ucycie HLR-VLR umocliwia roaming wszCdzie pod warunkiem, ce prowajderzy ucywaj> tego samego zakresu czCstotliwoWci
24
Mocliwe sytuacje podczas przeniesienia poł>czenia
Załócmy, ce MSC1 jest właWciwe dla danego MS z punktu widzenia jego rejestracji, podliczania, uwierzytelnienia, itp.
Gdy przeniesienie poł>czenia nastCpuje z pozycji „a” do „b” to rutowanie jest wykonane przez MSC1 wył>cznie
Gdy przeniesienie poł>czenia nastCpuje z „b” do „c” to dwukierunkowe pointery s> ustawiane, aby poł>czyć HLR nalec>ce do MSC1 z VLR nalec>ce do MSC2
Gdy przeniesienie poł>czenia nastCpuje z „d” do „e” to rutowanie informacji z ucyciem HLR-VLR moce nie byćadekwatne („d” jest w innym obszarze stronicowania-PA)
PA-obszar pokryty przez jeden lub kilka MSC w celu odnajdywania biec>cej lokalizacji MS-ów
Koncepcja sieci szkieletowej
26
Ilustracja poł>czeM MSC (Mobile Switching Center) do sieci szkieletowej oraz rutowanie/rerutowanie
27
Sieć szkieletowa
Rutowanie odbywa siC zgodnie z topologi>sieci szkieletowej
Linie przerywane pokazuj> mocliwe drogi dla poł>czeM realizowanych dla MS-ów maj>cych rócne lokalizacje
Jedn> z opcji jest odnalezienie rutera wzdłucoryginalnej drogi sk>d nowa droga musi siCrozpocz>ć, aby osiagn>ć MSC wzdłucnakrótszej drogi
28
Domowi agenci (HA-home agents), obcy agenci (FA-foreign agents) oraz mobilne IP
Dwa wacne softwerowe moduły zwi>zane s> z ruterami: domowy agent (HA-home agent) oraz obcy agent (FA-foreign agent)
MS jest równiec zarejestrowany w ruterze i zwykle ruter najblicszy do domowego MSC (dla danego MS) moce być wybrany, aby słucyć jako HA
Gdy MS przenosi siC z domowej sieci to softwerowy moduł FA w nowej sieci pomaga dla MS forwarduj>c dla niego pakiety
FunkcjonalnoWć HA-FA jest w jakiW sposób podobna do HLR-VLR
30
Ustanowienie poł>czenia z ucyciem HA-FA
Jeceli MS przenosi siC do nowej sieci to jego HA pozostaje niezmieniony
MS odkrywa FA w nowej sieci przez detekcjCperiodycznych sygnałów znaczników czasowych, które transmituje FA
MS moce równiec wysłać własn> wiadomoWć (agent solicitation messages) z proWb> o przydział agenta, na któr> FA odpowie
Gdy FA odkryje nowego MS to przydziela mu CoA (care-of address) ucywaj>c do tego protokołu dynamicznej konfiguracji hosta (DHCP-dynamic host configuration protocol)
Po otrzymaniu CoA przez MS, rejestruje on swój CoA w swoim HA oraz limit czasu wacnoWci tej rejestracji
Taka rejestracja jest inicjalizowana albo bezpoWrednio przez MS w HA domowego rutera lub poWrednio przez FA
31
Ustanowienie poł>czenia (cd.) HA potwierdza swoje zobowi>zania poprzez odpowieda do MS WiadomoWć wysłana z dowolnego aródła do MS posiadaj>cego
domowy adres jest otrzymywana przez HA Sprawdzane s> zobowi>zania, CoA tego MS-a jest wstawiane do
pakietu i forwardowane do sieci Jeceli CoA konkretnego FA było ucyte to pakiet dojdzie do tego
FA, który na podstawie CoA przekace pakiet do MS-a poprzez poziom ł>cza
Takie internetowe Wrodowisko nazywane jest mobilnym IP Po upływie czasu zobowi>zania, jeceli MS w dalszym ci>gu chce,
aby pakiety były forwardowane przez HA to musi odnowić swoj>rejestracjC
Gdy MS powraca do swojej domowej sieci to informuje o tym HA, które nie bCdzie juc forwardować pakietów do FA
34
Rutowanie w ruterach sieci szkieletowej
Jak FA odnajduje HA danego MS-a ?
Jedno z mocliwych podejW moce polegać na posiadaniu przez kacdy ruter globalnej tablicy kacdego MSC, tak aby móc okreWlić drogC z FA do HA dla danego MS
Wady: zbyt obszerna informacja wymagana; pewne sieci mog> nie akceptować tego, aby informacja o wszystkich ich ruterach była dostCpna dla zewnCtrznych sieci (tylko informacja o sieciowych bramach jest dostarczana)
Rozwi>zanie: ucycie schematu rozproszonego rutingu
35
Ilustracja obszarów stronicowania (PAs – paging areas) oraz poł>czenia ruterów sieci szkieletowej
37
Multicasting
Proces transmisji wiadomoWci ze arodła do wielu odbiorców poprzez ucycie adresu grupowego dla wszystkich hostów, które chc>być członkami grupy
Redukuje to liczbC transmitowanych wiadomoWci w porównaniu z wielokrotn>transmisj> do pojedynczych odbiorców
Jest ucyteczny w video/audio konferencjach lub grach, w których bierze udział wielu uczestników
38
Multicasting Multicasting moce być realizowany przez tworzenie albo
struktury drzewa w oparciu o technikC drzew aródłowych (source based tree), albo struktury drzewa w oparciu o technikCdrzew rdzeniowych (core based tree)
Technika drzew aródłowych: dla kacdego aródła w grupie utrzymywana jest najkrotsza droga ł>cz>ca członków grupy –aródło jest korzeniem drzewa
Technika drzew rdzeniowych: konkretny ruter jest obierany rdzeniem i drzewo jest utrzymywane z rdzeniem słuc>cym jako korzeM
- kacde aródło forwarduje pakiet do rutera-rdzenia, który z kolei forwarduje go w drzewie, aby dotrzeć do wszystkich członków multicastowej grupy
39
Multicasting Dwukierunkowe tunelowanie (Bi-directional
tunneling-BT) oraz zdalna subskrypcja (Remote Subscription) były zaproponowane przez IETF (Internet Ingeneering Task Force) w celu realizacji multicastingu w Mobile IP
Przy podejWciu BT, gdy MS przechodzi do obcej sieci, HA jest odpowiedzialne za forwardowanie multicastowych pakietów do MS
W protokole zdalnej subskrypcji, gdy MS przechodzi do obcej sieci, FA (jeceli jeszcze nie jest członkiem grupy multicastowej) wysyła do drzewa proWbC o przył>czenie; nastCpnie MS otrzymuje bezpoWrednio pakiety multicastowe przez FA
40
Multicasting Algorytm oparty na zdalnej subskrypcji jest prosty i
zapobiega duplikacji pakietów oraz dostarczaniu pakietów nieoptymaln> drog>
Moce spowodować przerwanie dostarczania danych dopóki FA nie bCdzie przył>czone do drzewa
Skutkiem jego działania jest powstawanie szeregu drzew typu przył>cz oraz odł>cz podczas ci>głego ruchu MS
Natomiast, przy podejWciu BT, HA tworzy dwukierunkowy tunel do FA i kapsułkuje pakiety dla MS
NastCpnie FA forwarduje pakiety do MS
41
Multicasting
PodejWcie BT zapobiega utracie danych z powodu poruszania siC MS
Jednak moce spowodować duplikacjC pakietów jeceli kilka MS-ów nalec>cych do tego samego HA, które jednoczeWnie zapisały siC do tej samej grupy multicastowej porusza siC do tego samego FA
Równiec powoduje Problem conwergencji tunelowej, gdzie jeden FA moce posiadać kilka MS-ów zapisanych do tej samej grupy, nalec>cych do rócnych HA i kacdy HA moce forwardować pakiet dla swojego MS-a do tego samego FA
44
Multicasting
W celu rozwi>zania Problemu konwergencji tunelowej, zaproponowano protokół MoM, wg. którego FA wybiera spoWród HA jednego HA dla poszczególnej grupy, nazywanego mianowanym prowajderem multicastowej obsługi
Pozostałe HA nie forwarduj> pakietów do FA
46
BezpieczeMstwo i prywatnoWć Transfer wiadomoWci w otwartym medium jakim jest
przestrzeM powietrzna jest podatny na rócne ataki
Jednym z takich problemów jest „zagłuszanie” przez bardzo siln> transmituj>c> antenC
Problem mocna rozwi>zać ucywaj>c metody skakania po czCstotliwoWciach w kolejnych odstCpach czasu
Ucywa siC wielu technik szyfrowania, aby uniemocliwić nieautoryzowanym ucytkownikom interpretacjC sygnałów
47
Dwie techniki szyfrowania
Szyfrowanie z kluczem symetrycznym
Np. DES, AES
Szyfrowanie z kluczem publicznym
np. RSA
48
Szyfrowanie z kluczem symetrycznym
Permutacja bitów przed ich transmisj>w uprzednio zdefiniowany sposób –jeden z elementów szyfrowania
Taka permutowana informacja moce być odtworzona z ucyciem operacji odwracaj>cej
Jednym z takich algorytmów jest DES (Data Encrytption Standard)
51
Szyfrowanie z kluczem symetrycznym
Złocony schemat szyfrowania polega na transformacji bloków wejWciowych w pewn>zakodowan> formC
Zakodowana informacja jest w sposób unikalny zamieniana na informacjC ucyteczn>
Najprostsza tranformacja zakłada logiczn> lub arytmetyczn> operacjC lub obie operacje
54
Uwierzytelnianie Ma na celu upewnienie siC, ce ucytkownik jest
autentyczny Ucywa siC funkcji haszuj>cej działaj>cej na zwi>zanej
z ucytkownikiem unikalnym identyfikatorze (niepełny dowód)
Inne podejWcie polega na ucyciu dwóch zwi>zanych ze sob> kluczy (technika szyfrowania z kluczem publicznym)
Jeden z nich znany jest tylko dla systemu generuj>cego klucz (klucz prywatny), drugi klucz jest ucywany przy wysyłaniu do Wwiata zewnCtrznego (klucz publiczny)
Algorytm RSA – najbardziej znany system z kluczem publicznym
56
Uwierzytelnianie (Algorytm RSA)
W algorytmie RSA 2 duce liczby pierwsze (p, q) s>wybierane; n=p*q; wybiera siC liczbC e w celu ucycia (n,e) jako klucza publicznego i jest ona wysyłana do ucytkownika.
Ucytkownik przechowuje j> i kiedykolwiek wiadomoWć m<n ma być wysłana, ucytkownik oblicza
i wysyła do systemu. Po otrzymaniu c system oblicza gdzie d jest obliczane na podstawie klucza prywatnego (n,e)
57
Aby miało to wartoWć równ> m, ed musi byćrówne 1
To oznacza, ce e oraz d musz> być .. mod n(lub mod p*q)
To moce być spełnione jeceli e jest liczb>pierwsz> w stosunku do (p-1)*(q-1)
Korzystaj>c z tej zaleznoWci mocna uzyskaćoryginaln> wiadomoWć
60
BezpieczeMstwo systemów bezprzewodowych
Podstawowe usługi bezpieczeMstwa: PoufnoWć: tylko autoryzowana strona moce mieć dostCp do
informacji systemu oraz transmitowanych danych
NiezaprzeczalnoWć: nadawca i odbiorca nie mog> mog>zaprzeczyć, ce transmisja siC odbyła
Uwierzytelnienie: nadawca informacji jest prawidłowo identyfikowany
IntegralnoWć: zawartoWć wiadomoWci moce byćmodyfikowana tylko przez autoryzowanego ucytkownika
DostCpnoWć: zasoby s> dostCpne tylko dla autoryzowanych ucytkowników
61
BezpieczeMstwo systemów bezprzewodowych
Mechanizmy bezpieczeMstwa:
Prewencja bezpieczeMstwa: wymusza bezpieczeMstwo w czasie funkcjonowania systemu
Detekcja bezpieczeMstwa: odkrywa próby naruszenia bezpieczeMstwa
Odtworzenie: odtwarzanie systemu do stanu przed naruszeniem bezpieczeMstwa
64
BezpieczeMstwo bezprzewodowe
Ataki aktywne: gdy ma miejsce modyfikacja danych lub fałszywa transmisja danych Maskarada: dany podmiot pretenduje bycie innym
podmiotem Replay: przechwycenie informacji i jej retransmisja
w celu wywołania nieautoryzowanego efektu Modyfikacja wiadomoWci Odmowa usługi (Denial of service – DoS)
Pasywne ataki: celem intruza jest uzyskanie informacji (monitorowanie, podsłuchiwanie transmisji)
2
GSM (Global System for Mobile
communications lub Groupe Speciale Mobile)
Zainicjalizowany przez KomisjC Europejsk> opracowany w 1982, aby stworzyć wspólny
europejski standard systemu mobilnego i bezprzewodowego funkcjonuj>cego na 900 MHz (system 2G)
Głównym celem GSM było usuniCcie niekompatybilnoWci miCdzy istniej>cymi systemami w celu umocliwienia roamingu dla dowolnego telefonu komórkowego
System umocliwia transmisjC mowy miCdzy MS-ami, realizacjC poł>czeM w warunkach sytuacji nadzwyczajnych oraz transmisjC danych cyfrowych
Obecnie jest najpopularniejszym standardem telefonii komórkowej (2006r: 1.7 mld abonentów w ponad 200 krajach)
3
Historia rozwoju standardu GSM GSM 900 Phase 1: 1988 – opublikowanie pierwszej specyfikacji
1992-w Finlandii pierwsza sieć komercyjna
GSM Phase 2: 1990 – rozpoczCto definiowanie standardu GSM 1800 nazywanego równiec DCS (Digital Communication System) 1993-w W.Brytanii powstaje sieć DCS
GSM Phase 2+ - uwzglCdniono technologie przesyłania danych HSCSD(High Speed Circuit Switched Data) (57.6/14.4 kb/s0 oraz CAMEL-umocliwiaj>cy pełny roaming usług bazuj>cych na platformie sieci inteligentnych 1997-czCWci> specyfikacje staje siC technologia GPRS (30-80 kb/s) USA-powstaje GSM 1900 nazywany tam PCS (Personal Communications
Services)
Standard GSM jest dalej rozbudowywany Wprowadzono now> technologiC przesyłania danych EDGE-3 krotne
polepszenie przepływnoWci w stosunku do GPRS (GPRS i EDGE s> nazywane technologi> 2.5 G)
Rozwijane s> specyfikacje 3G
4
Standardy GSM Rócni> siC ucywanym pasmem czCstotliwoWci i
rozmiarem komórek Aktualnie osiem zakresów radiowych
GSM 450 -współistniej> z NMT (1G), duce niezamieszkałe tereny
GSM 480 -współistniej> z NMT (1G), duce niezamieszkałe tereny
GSM 850 (wiCkszoWć paMstw obu Ameryk) GSM 900 (P-GSM) (pozostałe czCWci Wwiata) GSM 900 (E-GSM) (pozostałe czCWci Wwiata) GSM-R (R-GSM) (sieci kolejowe) DCS 1800 (GSM-1800) (pozostałe czCWci Wwiata) PCS 1900 (GSM 1900) (wiCkszoWć paMstw obu Ameryk)
6
GSM: rozmiary komórek Maksymalny rozmiar komórki: 35 km Dla systemów 1800/1900 MHz < 8 km (potrzebna jest duca energia do
emitowania sygnału w tym zakresie) Rozwi>zanie extended range: promieM komórki do 120 km
Znaczne pogorszenie pojemnoWci komórki Stosowane gdy chce siC obnicyć koszty pokrycia ducych, słabo zaludnionych
terenów GSM 400 – wymaga mniejszej energii do emitowania sygnałów na tak duce
odległoWci Niektórzy dostawcy oferuj> tak> mozliwoWć dla GSM 900
Niektórzy operatorzy posiadaj> licencje na oba zakresy 900/1800 MHz Najpierw pokrywaj> obszar za pomoc> sieci GSM 900 (mniejszy koszt
pokrycia obszaru) Obszary o ducym ruchu telekomunikacyjnym (miasta, tereny turystyczne)
s> pokrywane GSM 1800 (wiCksza liczba dostCpnych kanałów) Oferowane MS-y umocliwiaja pracC w obu zakresach
7
GSM: główne załocenia standardu
Opierano siC na doswiadczeniach zwi>zanych z usługami cyfrowymi (standard ISDN) oferowanymi przez publiczn> komutowan> sieć telefoniczn>(PSTN), która dzisiaj prawie w całoWci jest sieci>cyfrow> (usługi analogowe – POTS (Plain Old Telephone Service)
W strukturze obu sieci kontrola nad poł>czeniami jest wykonywana za pomoc> protokołu sygnalizacyjnego SS7
Głos o czCstotliwoWci 300-3400 Hz jest zamieniany na postać cyfrow>
Zdefiniowane s> pewne usługi, które s> zintegrowane z sieci> (np. przesyłanie faksu, krótkich wiadomoWci tekstowych, poczta głosowa, identyfikacja numeru, itp.)
8
GSM: główne załocenia standardu
Podstawowym załoceniem standardu GSM była pełna mobilnoWć abonenta; w tym celu wprowadzono
Dodatkowe elementy infrastruktury umocliwiaj>ce przechowywanie informacji o połoceniu abonenta, Wledzeniu jego zmian oraz utrzymywanie odpowiedniej jakoWci transmisji podczas przemieszczania siC abonenta
Roaming Poł>czenie MS-a z sieci> dziCki systemowi stacji BS-
ów DostCp do kanału radiowego odbywa siC za pomoc>
technologii FDMA i TDMA
10
BSC (Base station controller)
główn> funkcj> jest nadzorowanie okreWlonej liczby BTS-ów w celu zapewnienia ich właWciwego działania
Wykonuje przeniesienia poł>czenia z jednego BTS-u do drugiego
Podtrzymuje odpowiedni> moc sygnału Administruje czCstotliwoWciami miCdzy BTS-
ami
11
MSC (Mobile switching center) Wykonuje funkcje przeł>czaj>ce systemu poprzez
kontrolowanie poł>czeM przychodz>cych i wychodz>cych
Wykonuje równiec funkcje sieciowego interfejsu i ogólnej sygnalizacji kanałowej
GSM korzysta z dwóch wacnych baz danych HLR i VLR umocliwiaj>cych kontrolC biec>cego połocenia MS-ów
Jeceli posiada interfejs do PSTN to nazywany jest MSC-bram> Odpowiedzialny za kontaktowanie siC z HLR Centrala tranzytowa do innych sieci
12
AUC (Authentication center)
Zapewnia uwierzytelnianie i szyfrowanie parametrów, które weryfikuj>ucytkownika i zapewniaj> poufnoWćkacdego poł>czenia
chroni operatorów sieciowych przed rócnymi typami naducyć oraz przechwytywania danych
13
EIR (Equipment identity register)
Jest to baza danych, która zawiera informacjC identyfikuj>c> mobilne urz>dzenia, zapobiegaj>c> poł>czeniom z MS-ów, które były ukradzione lub s>nieautoryzowane
14
Zakresy czCstotliwoWci i kanały
Zakres czCstotliwoWci 25 MHz jest podzielony na 124 kanały typu FDMA
Kacdy kanał ma swój numer: 1,2,...,124
Kacdy kanał obejmuje pasmo 200 kHz
Kacdy kanał posiada czCstotliwoWćnoWn> (Wrodkow>)
16
Kanały fizyczne: TDMA i ramki Kacdy kanał ucywa TDMA w celu jego podziału czasowego na
ramki o długoWci 4.615 ms; ramki mog> być ł>czone w multiframe, superframe oraz hyperframe
Kacda ramka podzielona jest na osiem szczelin czasowych o długoWci 0.557 ms
To odpowiada 156.25 bitom: 148 bitów informacji + 8.25 bitów ochrony
Zatem, na kacdym kanale znajduje siC 8 kanałów rozmównych(transmisja full rate) lub 16 kanałów rozmównych (half-rate)
Opcjonalnie ucywa siC przydziału kanału dla abonenta wykorzystuj>c procedurC Frequency Hopping
Pojedyncza komórka moce wykorzystywać od 1 do 16 kanałów FMA, co odpowiada od 8 do 128 kanałów rozmównych typu full-rate lub od 1- do 256 kanałów typu half-rate
18
Kanały logiczne
W danym kanale fizycznym (szczelinie czasowej) mog> być przesyłane rócne strumienie pakietów – mog> one miećrócne znaczenie i realizować rócne cele
Takie oddzielne strumienie pakietów tworz> tzw. kanały logiczne, które słuc>do organizacji wymiany informacji
19
Kanały logiczne
Szczelina 0 w downlink-kanał (noWna), jest ucywana do transmisji informacji systemowych do wszystkich MS-ów znajduj>cych siC w zasiCgu danego BS-a
Na odpowiadaj>cym kanale uplink w szczelinie 0 MS-y zgłaszaj> potrzebCnawi>zania poł>czenia
Ta para kanałów w danej komórce słucy wiCc do przesyłania informacji systemowych za pomoc> kanałów logicznych
20
Kanały steruj>ce (logiczne) i kanały rozmówne
Kanały steruj>ce maj> na celu zapewnienie nieprzerwanej komunikacji miCdzy MS-ami i BS-ami
3 grupy kanałów steruj>cych ucywane s> do kontroli komunikacji miCdzy MS-i i BS-i
Dwa dedykowane kanały steruj>ce s>ucywane wraz z kanałami rozmównymi do realizacji biec>cej komunikacji
22
Grupa kanałów steruj>cych BCCH
Kanał BCCH słucy do transmisji informacji steruj>cych dotycz>cych sieci, danej komórki oraz komórek s>siednich
Kanał FCCH jest ucywany do dostrajania siCczCstotliwoWci noWnej MS-ów
Kanał SCH słucy do uzyskania przez MS-y synchronizacji ramkowej oraz identyfikacji BS-a
23
Grupa kanałów steruj>cych CCCH
Kanał CCCH słucy po uzyskaniu synchronizacji do nawi>zywania poł>czenia i składa siC z Kanału dostCpu losowego RACH
wykorzystywanego przez MS-y do zgłaszania chCci uzyskania poł>czenia
Kanału przydziału dostCpu AGCH za pomoc>którego BS informuje MS o zgodzie na dostCp
Kanału PCH za pomoc> którego BS inicjuje poł>czenie z MS
24
Kanał rozmówczy Transmisja informacji abonenta i skojarzonych z ni> informacji
steruj>cych odbywa siC z uzyciem nastCpuj>cych kanałów Kanału rozmównego TCH, w którym transmitowane s> ci>gi
binarne sygnału mowy lub danych abonenta; rozrócniamy kanały TCH/Full Rate i TCH/Half Rate
Kanału steruj>cego SACCH przekazuj>cego informacje nakazuj>ce np. zmianC mocy sygnału emitowanego przez MS przy przekazywaniu poł>czenia do s>siedniego BS, itp.
Kanału sterujacego FACCH transmitujacego informacje nie cierpi>ce zwłoki
Kanału steruj>cego SDCCH ucywanego do wymiany informacji poprzedzaj>cej uzyskanie poł>czenia, takiej jak np. potwierdzenie autentycznoWci abonenta oraz przydziału kanału rozmównego – wersji kanału FACCH stosowanej do przekazywania SMS-ów
26
System numeracji stosowany w sieci GSM
Skomplikowany system numeracji zwi>zany jest z wielowarstwow> struktur> sieci i złoconymi
procedurami wymiany informacji pomiCdzy jej poszczególnymi elementami:
• oddzielenie numeracji abonenta od numeracji usług i sprzCtu, • numer ≠ droga poł>czenia,
• rócne numery dla usług, • rócne numery dla rócnych grup ucytkowników
MSISDN – numer miCdzynarodowy abonenta sieci ISDN: MSISDN =kraj + operator + abonent
• nr katal.ucytk.,• rozumiany w całej sieci,• okreWla typ dostCpnej usługi, a nie terminal,
• w HLR numer MSISDN sMISI,• zgodny z numeracj> w sieci ISDN.
IMSI – numer miCdzynarodowy abonenta ruchomego ( ucytk.): IMSI =kraj + operator + abonent
• numer (ucywany) wew. w sieci,•przydzielony przez operat.,•zapisany w HLR, AuC, VLR i SIM
MSRN – numer chwilowy stacji ruchomej (do zestaw.poł>cz.): MSRN =kraj + operator + abonent
• generowana przez VLR (odpowieda za zapytanie z HLR o połocenie stacji (co do obsz. przywołaMTMSI – tymczasowy numer abonenta ruchomego• zakodowana wersja numeru MISI,
• przesyłany od BTS do MS w trakcie przywołania (identyf.abon.),• przydzielany przy 1-m zgł.MS
IDEI – miCdzyn. nr identyf. terminala IMEI =model + producent + urz>dzenie + dodatkowe
• pozwala na Wledzenie terminali, ich blokowanie i kontrolC dostCpu,• na stałe w terminalach i w EIR
LAI – numer (do identyf.) obszaru przywołaM abonena LAI =kraj + operator + obszar przywołaM• ruch w obszarze - bez aktualizacji w VLR.
CGI – numer globalny (danego obsz.)komórki CGI =kraj + operator + obszar przywołaM + komórka
• rozpoznawanie odpowiadaj>cego abonenta przez centralC, • równiec cele taryfikacyjne.
BASIC – numer identyfikacyjny stacji bazowej BASIC =kraj + grupa komórek
• ucywany przez MS do identyf.BS,• wykluczanie BS o silniejszym sygnale, ale dalej połoconych,
• „problemy graniczne”.
27
Numery identyfikuj>ce ucytkownika: IMSI
MS przechowuje IMSI (International mobile subscriber identity), które jest weryfikowane przez BS
W szczegolnoWci uzyskuje siC w info o PLMN (home public Land Mobile Network) danego ucytkownika
28
Numery identyfikuj>ce ucytkownika: SIM
SIM (Subscriber identity module)
Karta SIM – serce telefonu GSM
MS przechowuje w karcie SIM: numer telefonu (lub numer ucywany do kontaktu z tym MS), personalny numer identyfikacyjny, parametry autoryzacji, itp.
Karta SIM posiada rowniec pamiCćumocliwiaj>c> przechowywanie krótkich wysyłanych wiadomoWci
Umocliwia roaming (tzw. SIM roaming) z telefonem lub bez niego
29
Numery identyfikuj>ce ucytkownika: MSISDN
MSISDN (Mobile system ISDN) identyfikuje konkretnego abonenta MS-a
W odrócnieniu od innych standardów, GSM nie identyfikuje danego MS, lecz konkretny HLR, który jest odpowiedzialny za kontakt z MS
Format MSISDN
30
Numery identyfikuj>ce ucytkownika: LAI
LAI (Location area identity) – przechowuje informacjC umocliwiaj>c> łatwy dostCp MS-a do hierarchicznej struktury usług GSM
31
Numery identyfikuj>ce ucytkownika: IMSEI
IMSEI (International MS equipment identity) zawiera numery identyfikacyjne
produkowanych urz>dzeM systemu GSM
32
MSRN (MS roaming number)
Gdy MS wykonuje roaming uzyskuje od lokalnego MSC chwilowy numer, który jest przechowywany w HLR
Numery identyfikuj>ce ucytkownika: MSRN
33
Numery identyfikuj>ce ucytkownika: TMSI
TMSI (Temporary mobile subscriber identity)
Aby zwiekszyć bezpieczeMstwo przesyłanej w przestrzeni informacji zamiast identyfikacji fabrycznej IMSEIprzesyłana jest chwilowa identyfikacja TMSI
34
System numeracji stosowany w sieci GSM
Skomplikowany system numeracji zwi>zany jest z wielowarstwow> struktur> sieci i złoconymi
procedurami wymiany informacji pomiCdzy jej poszczególnymi elementami:
• oddzielenie numeracji abonenta od numeracji usług i sprzCtu, • numer ≠ droga poł>czenia,
• rócne numery dla usług, • rócne numery dla rócnych grup ucytkowników
MSISDN – numer miCdzynarodowy abonenta sieci ISDN: MSISDN =kraj + operator + abonent
• nr katal.ucytk.,• rozumiany w całej sieci,• okreWla typ dostCpnej usługi, a nie terminal,
• w HLR numer MSISDN sMISI,• zgodny z numeracj> w sieci ISDN.
IMSI – numer miCdzynarodowy abonenta ruchomego ( ucytk.): IMSI =kraj + operator + abonent
• numer (ucywany) wew. w sieci,•przydzielony przez operat.,•zapisany w HLR, AuC, VLR i SIM
MSRN – numer chwilowy stacji ruchomej (do zestaw.poł>cz.): MSRN =kraj + operator + abonent
• generowana przez VLR (odpowieda za zapytanie z HLR o połocenie stacji (co do obsz. przywołaMTMSI – tymczasowy numer abonenta ruchomego• zakodowana wersja numeru MISI,
• przesyłany od BTS do MS w trakcie przywołania (identyf.abon.),• przydzielany przy 1-m zgł.MS
IDEI – miCdzyn. nr identyf. terminala IMEI =model + producent + urz>dzenie + dodatkowe
• pozwala na Wledzenie terminali, ich blokowanie i kontrolC dostCpu,• na stałe w terminalach i w EIR
LAI – numer (do identyf.) obszaru przywołaM abonena LAI =kraj + operator + obszar przywołaM• ruch w obszarze - bez aktualizacji w VLR.
CGI – numer globalny (danego obsz.)komórki CGI =kraj + operator + obszar przywołaM + komórka
• rozpoznawanie odpowiadaj>cego abonenta przez centralC, • równiec cele taryfikacyjne.
BASIC – numer identyfikacyjny stacji bazowej BSIC =kraj + grupa komórek
• ucywany przez MS do identyf.BS,• wykluczanie BS o silniejszym sygnale, ale dalej połoconych,
• „problemy graniczne”.
35
Interfejsy GSM
W celu komunikacji miCdzy rócnymi urz>dzeniami GSM przewidziano szereg interfejsów (MAPn – mobile application part)
37
RR ustanawia stabilne poł>czenia miCdzy MS-i oraz MSC i podtrzymuje je niezalecnie od mobilnoWci MS-ów; funkcje RR wykonywane s> głównie przez MS-y i BSC-y
Funkcje MM (ł>cznie z bezpieczeMstwem) s>realizowane przez MS (lub SIM), HLR/AUC oraz MSC/VLR
CM jest ucywane do ustanawiania poł>czeM miCdzy ucytkownikami oraz zarz>dzania krótkimi wiadomoWciami
OAM pozwala operatorowi monitorować i kontrolowaćsystem
38
Uwierzytelnienie w GSM MS, aby funkcjonować w MSC musi zarejestrować siC w BSS,
który przydziela kanały po uprzednim uwierzytelnieniu MS-a poprzez dostCp do VLR przez HLR tego MS-a
NastCpnie MSC przyznaje MS-wi TMSI i aktualizuje jego VLR i HLR
W przypadku poł>czenia nawi>zywanego z telefonu w sieci PSTN pakiety przechodz> przez MSC-bramC do MSC, w którym znajduje siC MS, po uprzednim pobraniu informacji z domowego HLR danego MS-a
Jeceli s> to rócne MSC-y to VLR biec>cego MSC-a kontaktuje siCz HLR MSC-a, który jest domowym MSC-em dla MS-a, który powiadamia biec>cego MSC-a o przemieszczeniu siC MS-a
Tak wiCc, informacja w tych trzy rejestrach jest modyfikowana
39
Uwierzytelnienie w GSM
Uwierzytelnienie w GSM odbywa siC z pomoc>sieci stałej, która jest ucywana do porównywania IMSI danego MS-a
Gdy MS chce usługi to sieć stała wysyła do niego losow> liczbC, a on ucywa algorytmu uwierzytelnienia, aby zaszyfrować tC liczbC z ucyciem IMSI oraz klucza przechowywanego w pamiCci
Sieć stała odszyfrowuje zakodowan> liczbC i w przypadku zgodnoWci obu liczb potwierdza uwierzytelnienie MS-a
41
Przeniesienie poł>czenia
W GSM istniej> cztery kategorie przeniesienia poł>czenia
Wewn>trz komórki/wewn>trz BTS (np. z powodu wysokiej interferencji) NastCpuje zmiana czCstotliwoWci w tej samej
komórce lub zmiana szczeliny czasowej
MiCdzykomórkowy/wewn>trz BTS NastCpuje zmiana kanału miCdzy dwoma
komórkami zarz>dzanymi przez ten sam BSC; jest inicjalizowane przez c>danie jednego z BTS-ów skierowane do MSC
42
Przeniesienie poł>czenia
MiCdzy BSC/wewn>trz MSC MiCdzy komórkami obsługiwanymi przez rócne
BSC-y, ale podlegaj>ce jednemu MSC (gdy np. siła sygnału MS jest nicsza nic dopuszczalny próg)
MiCdzy MSC-ami Poł>czenie jest zmieniane gdy MS przechodzi z
komórki jednego MSC do komórki drugiego MSC (2 opcje)
Bazowe przeniesienie poł>czenia
Kolejne przeniesienie poł>czenia
44
SMS-y
W tym celu w GSM wykorzystuje nieucywane zakresy (kanały steruj>ce)
Potwierdza dostarczenie wiadomoWci Jest to usługa typu zachowaj i przekac realizowana
poprzez centra SMS-we (a nie bezpoWrednio miCdzy nadawc> i odbiorc>); wiadomoWć moce wiCc byćprzechowywana jeceli odbiorca nie jest dostCpny
Realizowana równolegle z wysyłaniem/otrzymywaniem głosu/danych/faksu
Pojedynczy SMS: do 160 znaków